DE10202279A1 - Control circuit for an actuator - Google Patents
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Abstract
Steuerschaltung für einen Aktor (1, 1.1, 1.2), insbesondere für einen elektromagnetischen Aktor eines Injektors einer Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine, mit einer Stromversorgung (Vbat) und einem mit dem Aktor (1, 1.1, 1.2) und der Stromversorgung (Vbat) verbundenen ersten Schaltelement (Q1) zum Ein- oder Ausschalten des Aktors (1, 1.1, 1.2), wobei das erste Schaltelement (Q1) durch ein Steuersignal (Vin) angesteuert wird, sowie mit einem mit dem Aktor (1, 1.1, 1.2) verbundenen Energiespeicherelement (C1) zur Zwischenspeicherung mindestens eines Teils der in dem Aktor (1, 1.1, 1.2) gespeicherten Energie beim Ausschalten des Aktors (1, 1.1, 1.2) und zur Rückspeisung mindestens eines Teils der zwischengespeicherten Energie beim erneuten Einschalten des Aktors (1, 1.1, 1.2).Control circuit for an actuator (1, 1.1, 1.2), in particular for an electromagnetic actuator of an injector of an injection system for an internal combustion engine, with a power supply (Vbat) and one connected to the actuator (1, 1.1, 1.2) and the power supply (Vbat) first switching element (Q1) for switching on or off the actuator (1, 1.1, 1.2), wherein the first switching element (Q1) is controlled by a control signal (Vin), as well as with a to the actuator (1, 1.1, 1.2) connected Energy storage element (C1) for temporarily storing at least part of the energy stored in the actuator (1, 1.1, 1.2) when the actuator (1, 1.1, 1.2) is switched off and for feeding back at least part of the temporarily stored energy when the actuator is switched on again (1, 1.1, 1.2).
Description
Die Erfindung betrifft eine Steuerschaltung für einen Aktor, insbesondere für einen elektromagnetischen Aktor eines Injektors einer Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to a control circuit for an actuator, in particular for an electromagnetic actuator of a Injector of an injection system for an internal combustion engine, according to the preamble of claim 1.
Bei Einspritzanlagen für Brennkraftmaschinen wird der Kraftstoff über Injektoren mit einer Einspritzdüse in die einzelnen Brennräume der Brennkraftmaschine eingespritzt, wobei herkömmlicherweise ein elektromagnetischer Aktor vorgesehen ist, um die Einspritzdüse freizugeben oder zu sperren. In injection systems for internal combustion engines of the Fuel via injectors with an injector in the injected individual combustion chambers of the internal combustion engine, wherein conventionally provided an electromagnetic actuator is to release the injector or lock.
Die Ansteuerung des elektromagnetischen Aktors erfolgt hierbei durch eine Steuerschaltung, die den Aktor über ein Schaltelement entweder mit einer Stromversorgung verbindet oder von dieser trennt. The control of the electromagnetic actuator takes place in this case by a control circuit, which the actuator via a Switching element connects either to a power supply or separates from this.
Problematisch ist hierbei, das der Aktorstrom beim Ein- bzw. Ausschalten aufgrund der Induktivität des Aktors nur relativ langsam den stationären Stromwert annimmt. Dies hat zur Folge, dass die Düsennadel des Injektors beim Ein- bzw. Ausschalten nur relativ langsam bzw. mit einer relativ großen Zeitverzögerung den gewünschten Zustand einnimmt, so dass das dynamische Stellverhalten der bekannten Injektoren unbefriedigend ist. The problem here is that the Aktorstrom when Ein- Turn off due to the inductance of the actuator only relatively slowly assumes the steady state current value. This has to Consequence that the nozzle needle of the injector at Turn off only relatively slowly or with a relatively large Time delay assumes the desired state, so that the dynamic positioning behavior of the known injectors is unsatisfactory.
Dies ist insbesondere deshalb von Nachteil, weil eine genaue und möglichst frei wählbare Steuerung von Einspritzzeitpunkt und -dauer für die Verringerung der Abgasemissionen und die Verbesserung der Laufruhe der Brennkraftmaschine wichtig ist. This is particularly disadvantageous because an accurate and freely selectable control of injection timing and duration for the reduction of exhaust emissions and Improving the smoothness of the internal combustion engine is important.
Zur Verbesserung des dynamischen Verhaltens beim Ausschalten des Aktorstroms ist es bekannt, einen masseseitig ("Low- Side") angeordneten Transistor zum Schalten des Aktorstroms einzusetzen, wobei zwischen Gate und Drain des Transistos eine Zener-Diode geschaltet ist. Wenn der Transistor dann in den nicht-leitenden Zustand übergeht, so wird durch das magnetische Feld in dem Aktor eine Gegenspannung induziert, welche die Drainspannung des Transistors über die Versorgungsspannung hinaus ansteigen lässt und schließlich zum erneuten Durchschalten des Transistors führt. Die am Drain des Transistors aufgebaute Gegenspannung beschleunigt hierbei den Stromabbau, so dass der Aktorstrom beim Ausschalten schneller den stationären Nullwert annimmt. To improve the dynamic behavior when switching off of the actuator current, it is known that a low-side ("low- Side ") arranged transistor for switching the actuator current insert, between the gate and drain of the Transistos a zener diode is connected. If the transistor then in the non-conductive state passes, so is by the magnetic field in the actuator induces a reverse voltage, which the drain voltage of the transistor over the Supply voltage increases and finally to the renewed Turning on the transistor leads. The at the drain of the Transistors built counter voltage thereby accelerates the Power dissipation, allowing the actuator current when turning off faster assumes the stationary zero value.
Nachteilig daran ist zum einen, dass dieser Ansatz dem aktuellen Trend in der Halbleiterindustrie zu immer schnelleren Prozessen mit kleineren Durchbruchspannungen zuwiderläuft. The disadvantage of this is, on the one hand, that this approach the current trend in the semiconductor industry to ever faster Counteracts processes with smaller breakdown voltages.
Zum anderen ermöglicht eine derartige Schaltungsanordnung mit einer Zenerdiode nur die Beschleunigung des Abschaltvorgangs des Aktorstroms, wohingegen der Einschaltvorgang auf diese Weise nicht beeinflusst wird. On the other hand, such a circuit arrangement allows a Zener diode only the acceleration of the shutdown process of Aktorstroms, whereas the switch on this Way is not affected.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, bei den vorstehend beschriebenen bekannten Steuerschaltungen für Aktoren das dynamische Verhalten insbesondere beim Einschalten des Aktorstroms zu verbessern. The invention is therefore based on the object at the previously described known control circuits for Actuators the dynamic behavior, especially at power to improve the actuator current.
Die Aufgabe wird, ausgehend von der eingangs beschriebenen bekannten Steuerschaltung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. The task is based on the above-described known control circuit according to the preamble of Claim 1, by the characterizing features of claim 1 solved.
Die Erfindung umfasst die allgemeine technische Lehre, den Aktor mit einem Energiespeicherelement zu verbinden, wobei das Energiespeicherelement beim Ausschalten des Aktorstroms mindestens einen Teil der in dem Aktor gespeicherten Energie zwischenspeichert und beim anschließenden Einschalten des Aktorstroms mindestens einen Teil der in dem Energiespeicherelement zwischengespeicherten Energie wieder in den Aktor zurückführt. The invention comprises the general technical teaching, the Actuator to connect to an energy storage element, wherein the energy storage element when switching off the actuator current at least a portion of the energy stored in the actuator cached and the subsequent turn on the Aktorstroms at least part of the in the Energy storage element cached energy back into the actuator returns.
Diese Zwischenspeicherung und Rückführung der in dem Aktor gespeicherten Energie beschleunigt vorteilhaft den Einschaltvorgang des Aktorstroms, da nicht die gesamte Ladeenergie für den Aktor von der Stromversorgung bereit gestellt werden muss und die in dem Energiespeicherelement zwischengespeicherte Energie den Aufladevorgang unterstützt oder allein bewirkt. This caching and feedback in the actuator stored energy advantageously accelerates the Activation of the Aktorstroms, since not the entire charging energy for the actuator must be provided by the power supply and the cached in the energy storage element Energy supports the charging process or causes it alone.
Darüber hinaus kann die Zwischenspeicherung der Aktorenergie auch die Entladung des Aktors beschleunigen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn das Energiespeicherelement beim Ausschalten des Aktorstroms so gepolt wird, dass die vorherige elektrische Spannung des Energiespeicherelements die Entladung des Aktors unterstützt. In addition, the caching of the actuator energy also accelerate the discharge of the actuator. This is in particular, the case when the energy storage element during Turn off the actuator current is poled so that the previous electrical voltage of the energy storage element the Discharge of the actuator supported.
Durch die Beschleunigung der Schaltvorgänge des Aktorstroms wird also im Rahmen der Erfindung vorteilhaft das dynamische Einspritzverhalten verbessert, so dass Einspritzzeitpunkt und -dauer genauer steuerbar sind. Dies ermöglicht wiederum eine Verringerung der Abgasemissionen und eine Verbesserung der Laufruhe der Brennkraftmaschine. By accelerating the switching operations of the actuator current Thus, in the context of the invention is advantageously the dynamic Injection performance improves, allowing injection timing and duration are more precisely controllable. This in turn allows one Reduction of exhaust emissions and improvement of Smooth running of the internal combustion engine.
Bei dem Aktor handelt es sich vorzugsweise um einen herkömmlichen elektromagnetischen Aktor, jedoch ist die Erfindung auch in Verbindung mit anderen Aktortypen realisierbar, bei denen der Aktorstrom aufgrund einer Induktivität keine sprunghaften Änderungen aufweisen kann. The actuator is preferably a conventional electromagnetic actuator, however, the invention also feasible in conjunction with other types of actuators which the actuator current due to an inductance no can have sudden changes.
Vorzugsweise wird als Energiespeicherelement zur Zwischenspeicherung der Aktorenergie im Rahmen der Erfindung ein Kondensator eingesetzt, wobei die Kapazität des Kondensators vorzugsweise so bemessen ist, dass die Spannung des Kondensators nach der Zwischenspeicherung der in dem Aktor während der Einschaltphase gespeicherten Energie wesentlich größer ist als die normale Versorgungsspannung. Eine derartige Bemessung der Kapazität des Kondensators bietet den Vorteil, dass die Aufladung des Aktors beim Einschalten des Aktorstroms durch die größere Ladespannung beschleunigt wird. Preferably, as energy storage element for Caching of the actuator energy in the invention Capacitor used, with the capacity of the capacitor is preferably such that the voltage of the Capacitor after the caching in the actuator during the power-up phase stored energy much larger is considered the normal supply voltage. Such Dimensioning the capacitance of the capacitor offers the advantage that the charging of the actuator when switching on the Aktorstroms is accelerated by the larger charging voltage.
Die Erfindung ist jedoch hinsichtlich des Energiespeicherelements nicht auf einen Kondensator beschränkt. Vielmehr ist die Erfindung grundsätzlich auch mit anderen Typen von Energiespeichern realisierbar, die eine Zwischenspeicherung der in dem Aktor enthaltenen Energie während der Ausschaltphase des Aktors ermöglichen. However, the invention is in terms of Energy storage element is not limited to a capacitor. Rather, it is the invention basically with other types of Energy storage feasible, the intermediate storage of the energy contained in the actuator during the off phase enable the actuator.
Vorzugsweise ist das Energiespeicherelement über ein weiteres Schaltelement mit der Stromversorgung der Steuerschaltung verbunden, wobei dieses weitere Schaltelement vorzugsweise von demselben Steuersignal angesteuert wird, wie das Schaltelement, das den Aktorstrom schaltet. Vorzugsweise sind die Einschaltphasen der beiden Schaltelemente hierbei im wesentlichen gleich, so dass die Stromversorgung während der Einschaltphasen nicht nur den Aktor, sondern auch das Energiespeicherelement auflädt. Dies ist insbesondere beim erstmaligen Einschalten des Aktorstroms vorteilhaft, da das Energiespeicherelement auf diese Weise beim ersten Einschaltvorgang zumindest bereits auf Versorgungsspannung gebracht wird. Preferably, the energy storage element is over another Switching element with the power supply of the control circuit connected, this further switching element preferably is driven by the same control signal, as the Switching element that switches the actuator current. Preferably, the Switch-on phases of the two switching elements in this case substantially the same, so the power supply during the Switch-on phases not only the actuator, but also the Energy storage element is charging. This is especially true Initial activation of the Aktorstroms advantageous because the Energy storage element in this way at the first power up at least already brought to supply voltage.
Die Verbindung des Aktors mit dem Energiespeicherelement erfolgt vorzugszweise durch eine Diode, die in Richtung des Energiespeicherelements in Durchlassrichtung gepolt ist. Auf diese Weise wird verhindert, dass sich das Energiespeicherelement während der Einschaltphasen des Aktorstroms wieder in Gegenrichtung entlädt. The connection of the actuator with the energy storage element Preferably takes place by a diode in the direction of Energy storage element is poled in the forward direction. On this way will prevent that from happening Energy storage element during the switch-on of the actuator current back in Opposite direction discharges.
Die Verbindung des Aktors mit dem Energiespeicherelement kann jedoch in ähnlicher Weise auch durch einen gesteuerten Transistor erfolgen, der während der Einschaltphasen des Aktorstroms nicht-leitend gesteuert wird, um eine Entladung des Energiespeicherelements während der Einschaltphasen des Aktorstroms zu vermeiden. Beim Abschalten des Aktorstroms muss dieser Transistor jedoch leitend geschaltet werden, um eine Entladung des Aktors in das Energiespeicherelement zu ermöglichen. The connection of the actuator with the energy storage element can however similarly by a controlled one Transistor carried out during the switch-on of the Actuator current is controlled non-conductive to discharge the Energy storage element during the switch-on of the To avoid actuator current. When switching off the actuator current must However, this transistor be turned on to a Discharge of the actuator in the energy storage element enable.
Vorzugsweise ist jedoch sowohl der spannungsseitige Anschluss des Aktors als auch der masseseitige Anschluss des Aktors jeweils über eine Diode oder ein Schaltelement mit dem spannungsseitigen Anschluss des Energiespeicherelements verbunden. Dies ist sinnvoll, damit die Aufladung des Energiespeicherelements bei einem Ausschaltvorgang des Aktorstroms so erfolgt, dass die in dem Energiespeicherelement zwischengespeicherte Energie beim anschließenden Einschalten des Aktorstroms den Einschaltvorgang unterstützt und beschleunigt. Preferably, however, both the voltage-side terminal of the actuator as well as the ground side connection of the actuator each via a diode or a switching element with the voltage-side connection of the energy storage element connected. This is useful for charging the Energy storage element at a turn-off of the Aktorstroms so takes place that in the energy storage element cached energy during subsequent switching on the Actuator current supports the startup and accelerates.
Ferner erfolgt der Anschluss der erfindungsgemäßen Steuerschaltung an die Stromversorgung vorzugsweise durch eine Diode, die in Richtung der Stromversorgung in Sperrrichtung gepolt ist. Dies hat zur Folge, dass die Steuerschaltung nur Energie aus der Stromversorgung aufnehmen kann, wohingegen eine Rückwirkung der Ladespannung des Energiespeicherelements auf die Stromversorgung oder andere Verbraucher auf diese Weise verhindert wird. Furthermore, the connection of the invention takes place Control circuit to the power supply preferably by a Diode, which is in the reverse direction in the direction of the power supply is poled. As a result, the control circuit only Energy from the power supply can absorb, whereas a reaction of the charging voltage of the energy storage element on the power supply or other consumers on this Way is prevented.
In einer vorteilhaften Variante weist die erfindungsgemäße Steuerschaltung mehrere Aktoren auf, denen jeweils ein Schaltelement zum Ein- bzw. Ausschalten des Aktorstroms zugeordnet ist. Die Zwischenspeicherung der in den einzelnen Aktoren gespeicherten Energie bei einem Ausschaltvorgang erfolgt hierbei jedoch durch ein einziges Energiespeicherelement. Hierzu sind vorzugsweise mehrere Aktoren gemeinsam mit dem Energiespeicherelement verbunden, wobei die Verbindung im einfachsten Fall durch eine Diode erfolgt, die in Richtung des Energiespeicherelements in Durchlassrichtung gepolt ist. In an advantageous variant, the inventive Control circuit on multiple actuators, each one Switching element for switching on and off of the actuator current assigned. The caching of the individual Actuators stored energy at a shutdown However, this is done by a single Energy storage element. For this purpose, preferably several actuators together with the energy storage element connected, wherein the compound in the simplest case is done by a diode, which in the direction of the energy storage element is poled in the forward direction.
Bei einer Entladung des als Energiespeicherelement dienenden
Kondensators bilden der Kondensator und die Induktivität des
Aktors einen Reihenschwingkreis, wobei ein Zurückschwingen
des Reihenschwingkreises vorzugsweise durch eine Diode
verhindert wird. Man kann deshalb näherungsweise davon ausgehen,
dass die gesamte Energie
der Induktivität des Aktors in dem Kondensator
zwischengespeichert wird, wobei sich der Energiegehalt des Kondensators
nach folgender Formel berechnet:
When discharging the serving as an energy storage element capacitor, the capacitor and the inductance of the actuator form a series resonant circuit, wherein a swing back of the series resonant circuit is preferably prevented by a diode. One can therefore approximately assume that all the energy
the inductance of the actuator is stored in the capacitor, wherein the energy content of the capacitor is calculated according to the following formula:
Die Ladespannung ULADE des Kondensators nach dem Umladen
ergibt sich deshalb aus dem Aktorstrom I, der Induktivität L
des Aktors und der Kapazität C1 des Pufferkondensators
näherungsweise nach folgender Formel:
The charging voltage U LOAD of the capacitor after the recharging therefore results from the actuator current I, the inductance L of the actuator and the capacitance C1 of the buffer capacitor approximately according to the following formula:
Bei einem gegebenen Aktorstrom I und einer typspezifischen
Induktivität L des Aktors wird die Kapazität C1 des
Pufferkondensators deshalb vorzugsweise so klein gewählt, dass die
Ladespannung ULADE den gewünschten Wert UL,MIN erreicht. Die
Kapazität C1 des Pufferkondensators wird deshalb vorzugsweise
nach folgender Formel ausgelegt:
For a given actuator current I and a type-specific inductance L of the actuator, therefore, the capacitance C1 of the buffer capacitor is preferably selected to be so small that the charging voltage U LOAD reaches the desired value U L, MIN . The capacitance C1 of the buffer capacitor is therefore preferably designed according to the following formula:
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet oder werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen: Other advantageous developments of the invention are in the Subclaims are characterized or below together with the description of the preferred embodiment explained in more detail with reference to FIGS. Show it:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Steuerschaltung als Schaltbild, Fig. 1 a control circuit according to the invention as a circuit diagram,
Fig. 2 mehrere Signaldiagramme der Steuerschaltung aus Fig. 1 sowie Fig. 2 is a plurality of signal diagrams of the control circuit of Fig. 1 and
Fig. 3 ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Steuerschaltung. Fig. 3 shows a modified embodiment of a control circuit according to the invention.
Im folgenden wird zunächst unter Bezugnahme auf Fig. 1 der strukturelle Aufbau der erfindungsgemäßen Steuerschaltung beschrieben, um anschließend unter Bezugnahme auf die in Fig. 2 gezeigten Signaldiagramme die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Steuerschaltung zu erläutert. The structure of the control circuit according to the invention will first be described below with reference to FIG. 1 in order to subsequently explain the mode of operation of the control circuit according to the invention with reference to the signal diagrams shown in FIG .
Die in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Steuerschaltung dient zur elektrischen Ansteuerung eines elektromagnetischen Aktors 1 einer Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine, wobei der Aktor 1 die Düsennadel eines Injektors betätigt und vereinfacht als Ersatzschaldbild aus einer idealen Induktivität L = 10 mH, einem Parallelwiderstand Rp = 1200 Ω und einem Reihenwiderstand Rp = 12 Ω dargestellt ist. The control circuit according to the invention shown in FIG. 1 is used for the electrical control of an electromagnetic actuator 1 of an injection system for an internal combustion engine, wherein the actuator 1 actuates the nozzle needle of an injector and simplified as a substitute patches image of an ideal inductance L = 10 mH, a parallel resistor Rp = 1200 Ω and a series resistance Rp = 12 Ω is shown.
Der Aktor 1 ist über einen Transistor Q1 und eine Diode D2 mit einer Stromversorgung Vbat = 12 V verbunden, wobei die Diode D2 so gepolt ist, dass die Stromversorgung Vbat den Aktor 1 auflädt, wenn der Transistor Q2 durchschaltet. The actuator 1 is connected via a transistor Q1 and a diode D2 to a power supply Vbat = 12 V, wherein the diode D2 is polarized such that the power supply Vbat charges the actuator 1 when the transistor Q2 turns on.
Der Gate-Anschluss G des Transistors Q1 ist hierbei mit einem Steuersignal Vin verbunden, das von der elektronischen Motorsteuerung der Brennkraftmaschine erzeugt wird und wahlweise einen High-Pegel VHIGH = 10 V oder einen Low-Pegel VLOW = 0 V annimmt. The gate terminal G of the transistor Q1 is in this case connected to a control signal Vin which is generated by the electronic engine control of the internal combustion engine and optionally assumes a high level V HIGH = 10 V or a low level V LOW = 0 V.
Bei einem High-Pegel des Steuersignals schaltet der Transistor Q1 durch, so dass die Stromversorgung Vbat den Aktor 1 mit einer Zeitkonstante τEIN = L/RS auflädt. At a high level of the control signal, the transistor Q1 turns on, so that the power supply Vbat charges the actuator 1 with a time constant τ EIN = L / R S.
Der Drain-Anschluss D des Transistors Q1 ist über eine Diode D1 und einen Kondensator C1 = 2 µF mit Masse verbunden, so dass der Aktorstrom beim Sperren des Transistors Q1 über die Diode D1 und den Kondensator C1 weiterfließen kann, wodurch der Kondensator C1 bis auf rund 55 V aufgeladen wird. The drain terminal D of the transistor Q1 is connected via a Diode D1 and a capacitor C1 = 2 μF connected to ground, so that the Aktorstrom when blocking the transistor Q1 on the Diode D1 and the capacitor C1 can continue to flow, thereby the capacitor C1 is charged up to around 55V.
Weiterhin ist ein Transistor Q2 vorgesehen, wobei der Emitter E des Transistors Q2 mit dem spannungsseitigen Anschluss des Aktors 1 verbunden ist, während der Kollektor K des Transistors Q2 an den Verbindungspunkt zwischen der Diode D1 und dem Kondensator C1 angeschlossen. Further, a transistor Q2 is provided, wherein the emitter E of the transistor Q2 is connected to the voltage side terminal of the actuator 1 , while the collector K of the transistor Q2 is connected to the connection point between the diode D1 and the capacitor C1.
Im leitenden Zustand des Transistors Q2 kann also die Stromversorgung Vbat den Kondensator C1 über den Transistor Q2 aufladen. Darüber hinaus kann der Kondensator C1 einen Ladestrom durch den Aktor 1 treiben, wenn die beiden Transistoren Q1 und Q2 leiten, wodurch der Einschaltvorgang beschleunigt wird. In the conducting state of the transistor Q2, therefore, the power supply Vbat can charge the capacitor C1 via the transistor Q2. In addition, the capacitor C1 can drive a charging current through the actuator 1 when the two transistors Q1 and Q2 conduct, whereby the turn-on is accelerated.
Darüber hinaus wird das Steuersignal Vin auch der Basis B eines Transistors Q3 zugeführt, dessen Emitter E über einen Widerstand R1 = 1 kΩ mit Masse verbunden ist. Dies hat zur Folge, dass der Transistor Q3 während der Einschaltphasen des Aktorstroms leitet und während der Ausschaltphasen des Aktorstroms sperrt. In addition, the control signal Vin also becomes the base B a transistor Q3 supplied, the emitter E via a Resistor R1 = 1 kΩ connected to ground. This has to As a result, transistor Q3 will turn on during the power up phases of the Actuator conducts and during the off phases of Actuator current blocks.
Der Kollektor K des Transistors Q3 ist wiederum mit der Basis B eines Transistors Q2 verbunden, so dass auch der Transistor Q2 während der Einschaltphasen des Aktorstroms leitet und während der Ausschaltphasen des Aktorstroms sperrt. The collector K of the transistor Q3 is in turn connected to the base B of a transistor Q2 connected, so that the transistor Q2 conducts during the activation phases of the actuator current and during the off phases of the actuator current blocks.
Schließlich ist der Emitter E des Transistors Q3 über einen Widerstand R2 = 10 kΩ mit dem Kollektor K des Transistors Q2 verbunden. Finally, the emitter E of the transistor Q3 is via a Resistor R2 = 10 kΩ with the collector K of the transistor Q2 connected.
Im folgenden wird nun unter Bezugnahme auf die in Fig. 2 dargestellten Signaldiagramme die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Steuerschaltung beschrieben. The operation of the control circuit according to the invention will now be described with reference to the signal diagrams shown in FIG .
So zeigt das oberste Signaldiagramm in Fig. 2 den zeitlichen Verlauf des Steuersignals Vin über mehrere Ein- und Ausschaltphasen, wobei ein High-Pegel VHIGH = 10 V des Steuersignals Vin zu einem Durchschalten der Transistoren Q1, Q2 und Q3 führt, wohingegen die Transistoren Q1, Q2 und Q3 bei einem Low-Pegel VLow = 0 V des Steuersignals Vin sperren. Thus, the uppermost signal diagram in FIG. 2 shows the time profile of the control signal Vin over a plurality of switch-on and switch-off phases, wherein a high level V HIGH = 10 V of the control signal Vin leads to a through-connection of the transistors Q1, Q2 and Q3, whereas the transistors Q1, Q2 and Q3 at a low level V low = 0 V of the control signal Vin lock.
Das darunter befindliche Signaldiagramm zeigt den zeitlichen Verlauf der elektrischen Spannung an dem Emitter E des Transistors Q2, wobei diese Spannung die Ladespannung für den Aktor 1 bildet, wie noch eingehend erläutert wird. The signal diagram underneath shows the time profile of the electrical voltage at the emitter E of the transistor Q2, this voltage forming the charging voltage for the actuator 1 , as will be explained in detail.
Weiterhin zeigt das dritte Signaldiagramm in Fig. 2 den zeitlichen Verlauf der Spannung des Kondensators C1, die an dem Kollektor K des Transistors Q2 anfällt. Furthermore, the third signal diagram in Fig. 2 shows the time profile of the voltage of the capacitor C1, which is obtained at the collector K of the transistor Q2.
Ferner gibt das vierte Signaldiagramm in Fig. 2 den zeitlichen Verlauf der Spannung an dem Drain-Anschluss D des Transistors Q1 wieder. Furthermore, the fourth signal diagram in FIG. 2 shows the time profile of the voltage at the drain terminal D of the transistor Q1.
Schließlich zeigt das unterste Signaldiagramm in Fig. 2 den zeitlichen Verlauf des Drain-Stroms durch den Transistor Q1. Finally, the lowest signal diagram in FIG. 2 shows the time profile of the drain current through the transistor Q1.
Zum Zeitpunkt tEIN wechselt das Steuersignal Vin aufgrund einer externen Ansteuerung durch die Motorsteuerung der Brennkraftmaschine von einem Low-Pegel VIN = 0 V auf einen High- Pegel VIN = 10 V. At the time t ON , the control signal Vin changes from a low level V IN = 0 V to a high level V IN = 10 V due to an external activation by the engine control of the internal combustion engine.
Dies hat zur Folge, dass der Transistor Q1 durchschaltet, so dass die Stromversorgung Vbat einen Ladestrom durch den Aktor 1 und den leitenden Transistor Q1 treibt, wobei der Ladestrom exponentiell zunimmt. As a result, the transistor Q1 turns on, so that the power supply Vbat drives a charging current through the actuator 1 and the conducting transistor Q1, and the charging current increases exponentially.
Darüber hinaus führt der High-Pegel des Steuersignals auch zu einem Durchschalten des Transistors Q3 und damit auch des Transistors Q2, so dass die Stromversorgung Vbat über den Transistor Q2 auch den Kondensator C1 auf die Versorgungsspannung Vbat = 12 V auflädt. In addition, the high level of the control signal also leads to a through-connection of the transistor Q3 and thus also of the Transistor Q2, so that the power supply Vbat over the Transistor Q2 also the capacitor C1 on the Supply voltage Vbat = 12 V charging.
Wenn das Steuersignal Vin dann zum Zeitpunkt tAUS aufgrund der externen Ansteuerung durch die Motorsteuerung von einem High- Pegel auf einen Low-Pegel wechselt, so sperrt zunächst der Transistor Q1, so dass der Aktorstrom nicht mehr über den Transistor Q1 fließen kann. Aufgrund der Induktivität L des Aktors 1 kann der Aktorstrom jedoch beim Sperren des Transistors Q1 nicht sprunghaft auf Null fallen, so dass der Aktorstrom zunächst über die Diode D1 und den Kondensator C1 weiterfließt, wobei der Kondensator C1 bis auf eine Spannung von 55 V aufgeladen wird, während der Aktorstrom exponentiell bis auf Null abnimmt. When the control signal Vin then changes from a high level to a low level at the time t OFF due to the external control by the motor control, the transistor Q1 first blocks so that the actuator current can no longer flow through the transistor Q1. However, due to the inductance L of the actuator 1 , the Aktorstrom can not abruptly fall to zero when blocking the transistor Q1, so that the Aktorstrom first flows through the diode D1 and the capacitor C1, wherein the capacitor C1 is charged to a voltage of 55 V. while the actuator current decreases exponentially to zero.
Bei einer erneuten Ansteuerung des Steuersignals Vin mit einem High-Pegel schalten die Transistoren Q1, Q2 und Q3 wieder durch, so dass die Ladespannung des Kondensator C1 von 55 V nun an dem Emitter E des Transistors Q2 abfällt. Demzufolge sperrt dann die Diode D2, da die Spannung der Stromversorgung Vbat = 12 V wesentlich niedriger ist. Der Kondensator C1 entlädt sich deshalb über den Transistor Q2, den Aktor 1 und den Transistor Q1, wobei der Ladevorgang aufgrund der wesentlich größeren Ladespannung des Kondensators C1 wesentlich schneller erfolgt als beim erstmaligen Aufladen des Aktors 1 mit der Versorgungsspannung Vbat = 12. So dauert der erste Einschaltvorgang bis zum Erreichen eines Aktorstroms von 0,6 A rund 0,88 ms, während die folgenden Einschaltvorgänge jeweils nur 0,14 ms lang sind. Die Kondensatorspannung sinkt hierbei bis auf ca. 11,3 V ab, da dann die Diode D2 wieder leitet. With a renewed activation of the control signal Vin with a high level, the transistors Q1, Q2 and Q3 turn on again, so that the charging voltage of the capacitor C1 of 55 V now drops at the emitter E of the transistor Q2. Consequently, the diode D2 then turns off, since the voltage of the power supply Vbat = 12 V is much lower. The capacitor C1 discharges therefore via the transistor Q2, the actuator 1 and the transistor Q1, the charging process being much faster due to the much larger charging voltage of the capacitor C1 than when first charging the actuator 1 with the supply voltage Vbat = 12. So takes the The first switch-on until reaching an actuator current of 0.6 A is around 0.88 ms, while the following switch-on operations are only 0.14 ms long. The capacitor voltage drops here to about 11.3 V, since then the diode D2 conducts again.
Falls das Steuersignal Vin dann wieder auf einen Low-Pegel springt, so wiederholt sich der vorstehend beschriebene Entladevorgang. If the control signal Vin then back to a low level jumps, so repeats the above Discharging.
Das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Steuerschaltung stimmt weitgehend mit dem vorstehend beschriebenen und in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel überein, so dass im folgenden für einander entsprechende Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet werden und zur Vermeidung von Wiederholungen weitgehend auf die vorstehende Beschreibung zu Fig. 1 verwiesen wird. The embodiment shown in Fig. 3 of a control circuit according to the invention is largely consistent with the embodiment described above and shown in FIG. 1, so that the following reference numerals are used in the following for corresponding components and to avoid repetition largely to the above description of FIG. 1 is referenced.
Die Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass die Steuerschaltung mehrere Aktoren 1.1, 1.2 ansteuert, die jeweils einen Brennraum einer Brennkraftmaschine zugeordnet sind. Die Ansteuerung der Aktoren 1.1, 1.2 erfolgt hierbei jeweils durch einen Transistor Q11 bzw. Q12 in der vorstehend beschriebenen Weise durch ein Steuersignal Vin1 bzw. Vin2. The peculiarity of this embodiment is that the control circuit a plurality of actuators 1.1 , 1.2 controls, each associated with a combustion chamber of an internal combustion engine. The actuation of the actuators 1.1 , 1.2 takes place here in each case by a transistor Q11 or Q12 in the manner described above by a control signal Vin1 or Vin2.
Wesentlich hierbei ist, dass zur Unterstützung des Aufladevorgangs der Aktoren 1.1 und 1.2 nur ein einziger Kondensator C1 vorgesehen ist. It is essential here that only one capacitor C1 is provided to support the charging process of the actuators 1.1 and 1.2 .
Beim Ausschalten des Aktorstroms des Aktors 1.1 entlädt sich dieser über die Diode D11 in den Kondensator C1, während sich der Aktor 1.2 beim Ausschalten in gleicher Weise über die Diode D12 in den Kondensator C1 entlädt. When switching off the actuator current of the actuator 1.1 , this discharges via the diode D11 in the capacitor C1, while the actuator 1.2 discharges when switching off in the same way via the diode D12 in the capacitor C1.
Eine Erweiterung der Schaltung auf vier oder mehr Einspritzventile erfolgt in analoger Weise, wobei hierbei ein gemeinsamer Kondensator C1 ausreicht. An extension of the circuit to four or more Injectors takes place in an analogous manner, in which case a common capacitor C1 is sufficient.
Die Unterstützung des Einschaltvorgangs erfolgt hierbei ebenfalls in der vorstehend beschriebenen Weise, wobei die beiden Steuersignale Vin1 und Vin2 über ein ODER-Glied 2 mit der Basis B des Transistors Q3 verbunden sind. The support of the switch-on is also carried out in the manner described above, wherein the two control signals Vin1 and Vin2 are connected via an OR gate 2 to the base B of the transistor Q3.
Eine zeitliche Überlappung der Einschaltzeiten sollte bei diesem Ausführungsbeispiel jedoch vermieden werden, um eine ordnungsgemäße Funktion sicherzustellen. A temporal overlap of the switch-on times should be at However, this embodiment can be avoided to a ensure proper function.
Claims (11)
einer Stromversorgung (Vbat) und
einem mit dem Aktor (1, 1.1, 1.2) und der Stromversorgung (Vbat) verbundenen ersten Schaltelement (Q1) zum Ein- oder Ausschalten des Aktors (1, 1.1, 1.2), wobei das erste Schaltelement (Q1) durch ein Steuersignal (Vin) angesteuert wird,
gekennzeichnet durch
ein mit dem Aktor (1, 1.1, 1.2) verbundenes Energiespeicherelement (C1) zur Zwischenspeicherung mindestens eines Teils der in dem Aktor (1, 1.1, 1.2) gespeicherten Energie beim Ausschalten des Aktors (1, 1.1, 1.2) und zur Rückspeisung mindestens eines Teils der zwischengespeicherten Energie beim erneuten Einschalten des Aktors (1, 1.1, 1.2). 1. Control circuit for an actuator ( 1 , 1.1 , 1.2 ), in particular for an electromagnetic actuator of an injector of an injection system for an internal combustion engine, with
a power supply (Vbat) and
a first switching element (Q1) connected to the actuator ( 1 , 1.1 , 1.2 ) and the power supply (Vbat) for switching on or off the actuator ( 1 , 1.1 , 1.2 ), wherein the first switching element (Q1) is controlled by a control signal (Vin ),
marked by
an energy storage element (C1) connected to the actuator ( 1 , 1.1 , 1.2 ) for temporarily storing at least a portion of the energy stored in the actuator ( 1 , 1.1 , 1.2 ) when the actuator ( 1 , 1.1 , 1.2 ) is switched off and for feeding back at least one Part of the cached energy when switching on the actuator ( 1 , 1.1 , 1.2 ).
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